Sains notesnota, bab 5
Termokimia
Notes made with reference toNota dibuat dengan rujukan kepada TextbookBuku teks Sains Tingkatan 3 (KSSM), pageshalaman 146-158
What this chapter coversMatlamat bab ini
- Saya boleh mendefinisikan termokimia, tindak balas eksotermik dan tindak balas endotermik (5.1.1)
- Saya boleh menghubungkaitkan perubahan haba dalam tindak balas kimia dengan perubahan suhu serta tindak balas eksotermik dan endotermik (5.1.2)
- Saya boleh menjalankan eksperimen untuk membanding dan membezakan tindak balas eksotermik dengan tindak balas endotermik (5.1.3)
- Saya boleh menjelaskan dengan contoh tindak balas eksotermik dan tindak balas endotermik dalam kehidupan harian (5.1.4)
- Saya boleh mereka bentuk bahan yang menggunakan konsep tindak balas eksotermik dan endotermik bagi menyelesaikan masalah dalam kehidupan harian (5.1.5)
5.1Tindak balas endotermik dan eksotermik
Termokimia ialah kajian tentang perubahan haba semasa tindak balas kimia berlaku.
Setiap tindak balas kimia disertai dengan perubahan bentuk tenaga. Semasa tindak balas kimia berlaku, tenaga kimia yang tersimpan dalam bahan tindak balas lazimnya ditukar kepada tenaga haba. Haba itu sama ada dibebaskan ke persekitaran atau diserap daripada persekitaran, dan ini membahagikan tindak balas kepada dua jenis (m.s. 147-148).
Takrifan (5.1.1)
Tindak balas eksotermik
Tindak balas kimia yang membebaskan haba ke persekitaran.
Suhu meningkat.
Tindak balas kimia yang membebaskan haba ke persekitaran.
Suhu meningkat.
Tindak balas endotermik
Tindak balas kimia yang menyerap haba daripada persekitaran.
Suhu menurun.
Tindak balas kimia yang menyerap haba daripada persekitaran.
Suhu menurun.
Info Sains (m.s. 148): awalan ekso bermaksud "luar", endo bermaksud "dalam" dan termik bermaksud "haba". Eksotermik: haba keluar. Endotermik: haba masuk.
Menganggap bekas atau termometer yang membekalkan atau menyerap haba. Dalam tindak balas eksotermik, tindak balas itu yang membebaskan haba, maka bacaan termometer meningkat. Dalam tindak balas endotermik, tindak balas itu menyerap haba daripada air di sekelilingnya, maka bacaan termometer menurun.
Apabila natrium dimasukkan ke dalam air, air menjadi panas dan terdapat nyalaan api (Gambar foto 5.1, m.s. 148). Adakah tindak balas ini eksotermik atau endotermik? Selain haba, nyatakan satu lagi bentuk tenaga yang dibebaskan.
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Eksotermik, kerana haba dibebaskan ke persekitaran (air menjadi panas). Tindak balas ini juga membebaskan tenaga cahaya (nyalaan api) dan tenaga bunyi.
Perubahan haba dan perubahan suhu (5.1.2)
Cara paling mudah untuk mengenal pasti jenis tindak balas ialah mengukur suhu campuran dengan termometer. Ingat kembali daripada Tingkatan 2: haba mengalir dari objek yang lebih panas ke objek yang lebih sejuk sehingga kedua-duanya mencapai keseimbangan terma (m.s. 149).
| Tindak balas eksotermik | Tindak balas endotermik | |
|---|---|---|
| Haba | Dibebaskan ke persekitaran | Diserap daripada persekitaran |
| Bacaan termometer | Meningkat | Menurun |
| Suhu campuran tindak balas | Lebih tinggi daripada suhu awal | Lebih rendah daripada suhu awal |
| Rasa pada bekas | Panas | Sejuk |
| Perubahan tenaga | Tenaga kimia ditukar kepada tenaga haba | Tenaga haba ditukar kepada tenaga kimia |
Eksotermik28 °C meningkat kepada maksimum 40 °C (kenaikan 12 °C), kemudian tetap.
Endotermik28 °C menurun kepada minimum 19 °C (penurunan 9 °C), kemudian tetap.
Mengapakah bacaan suhu berhenti pada nilai maksimum atau minimum? Apabila produk tindak balas dan termometer mencapai keseimbangan terma, kadar bersih pemindahan haba antara keduanya ialah sifar, maka bacaan menjadi tetap (m.s. 151).
Eksperimen 5.1: membanding dan membezakan tindak balas eksotermik dengan endotermik (5.1.3)
Eksperimen 5.1 secara ringkas (m.s. 149-151)
Tujuan: membanding dan membezakan antara tindak balas eksotermik dengan tindak balas endotermik.Hipotesis: tindak balas eksotermik ialah tindak balas kimia yang membebaskan haba ke persekitaran manakala tindak balas endotermik ialah tindak balas kimia yang menyerap haba daripada persekitaran.
Pemboleh ubah: dimanipulasikan: jenis bahan kimia; bergerak balas: bacaan suhu akhir; dimalarkan: isi padu air.
Radas: cawan polistirena, termometer, spatula, silinder penyukat.
Bahan: serbuk natrium hidrogen karbonat, natrium hidroksida, ammonium klorida, larutan natrium hidroksida 0.1 M dan asid hidroklorik 0.1 M.
Rajah 5.1 dan 5.2: Sains Tingkatan 3 (KSSM), buku teks, m.s. 150.
- Sukat dan tuang 50 ml air ke dalam cawan polistirena, biarkan 2 minit dan catatkan suhu awal.
- Masukkan dua spatula natrium hidroksida dan kacau sehingga larut. Catatkan suhu maksimum atau minimum.
- Ulang dengan ammonium klorida menggantikan natrium hidroksida.
- Sukat 25 ml asid hidroklorik ke dalam cawan, biarkan 2 minit dan catatkan suhu awal. Tuang 25 ml larutan natrium hidroksida, kacau dan catatkan suhu maksimum atau minimum.
- Ulang langkah 4 dengan 2 spatula serbuk natrium hidrogen karbonat menggantikan larutan natrium hidroksida.
| Bahan tindak balas | Suhu | Jenis tindak balas |
|---|---|---|
| Natrium hidroksida dan air | Meningkat | Eksotermik |
| Garam ammonium klorida dan air | Menurun | Endotermik |
| Asid hidroklorik dan larutan natrium hidroksida | Meningkat | Eksotermik (peneutralan) |
| Asid hidroklorik dan natrium hidrogen karbonat | Menurun | Endotermik |
Kesimpulan: hipotesis diterima. Tindak balas eksotermik membebaskan haba dan suhu meningkat; tindak balas endotermik menyerap haba dan suhu menurun. (Jawapan di atas disimpulkan daripada kaedah dan takrifan buku teks, kerana jadual pemerhatian buku kosong.)
Definisi secara operasi. Pembebasan haba: bacaan termometer meningkat. Penyerapan haba: bacaan termometer menurun. Kriteria eksotermik: suhu meningkat; kriteria endotermik: suhu menurun. Untuk mendapat suhu maksimum atau minimum yang lebih jitu, balut cawan polistirena dengan kapas atau kain felt dan tutup dengan penutup. Bahan ini ialah penebat haba yang mengurangkan pemindahan haba ke atau daripada persekitaran.
Dua tindak balas yang hampir sama, dua jenis berlainan. Tindak balas antara asid hidroklorik dengan natrium karbonat ialah eksotermik, manakala tindak balas antara asid hidroklorik dengan natrium hidrogen karbonat ialah endotermik (Praktis Sumatif 5, soalan 5, m.s. 157 dan Jawapan m.s. 282).
Dalam Eksperimen 5.1, suhu 50 ml air ialah 28 °C sebelum 2 spatula ammonium klorida dilarutkan dan 19 °C selepas itu. Nyatakan jenis tindak balas dan perubahan suhunya.
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Endotermik. Suhu menurun sebanyak 28 − 19 = 9 °C kerana haba diserap daripada air.
Contoh dalam kehidupan harian (5.1.4)
| Tindak balas eksotermik (haba dibebaskan) | Tindak balas endotermik (haba diserap) |
|---|---|
| Pembakaran kertas, lilin dan petrol | Fotosintesis |
| Pembakaran bunga api dan letupan bom | Membuat kek atau roti |
| Respirasi | Pengekstrakan besi daripada bijih besi |
| Peneutralan asid dengan alkali | Melarutkan garam ammonium dalam air |
| Pengaratan besi | Pemanasan kalsium karbonat |
| Natrium bertindak balas dengan air; tindak balas termit | Asid hidroklorik dengan natrium hidrogen karbonat |
Contoh: Gambar foto 5.2 (m.s. 152), Rumusan (m.s. 154) dan Praktis Sumatif 5 (m.s. 155-157).
Kepentingan dalam kehidupan
- Suhu badan: respirasi ialah tindak balas eksotermik. Semasa aktiviti fizikal yang cergas, kadar respirasi meningkat, maka lebih banyak haba dibebaskan dan suhu badan meningkat (Praktis Formatif 5.1, soalan 3).
- Pemanasan global: pembakaran bahan api fosil ialah tindak balas eksotermik yang membebaskan haba. Penanaman semula pokok meningkatkan fotosintesis, iaitu tindak balas endotermik yang menyerap haba dan menyingkirkan karbon dioksida daripada udara, maka kesan pemanasan global dapat dikurangkan.
- Tindak balas termit: memanaskan ferum(II) oksida, serbuk aluminium dan pita magnesium membebaskan haba yang banyak. Haba itu melebur besi, dan besi lebur digunakan untuk menyambung atau membaiki landasan kereta api yang patah (m.s. 157).
- Memasak: membuat kek memerlukan bekalan haba yang berterusan kerana tindak balasnya menyerap haba (endotermik).
Menganggap "memanaskan" sentiasa bermakna tindak balas eksotermik. Pemanasan kalsium karbonat dan membuat kek ialah tindak balas endotermik kerana haba mesti dibekalkan dan diserap. Pembakaran bahan api hanya memerlukan api untuk bermula; selepas itu haba dibebaskan, maka tindak balasnya eksotermik.
Rajah daripada buku teks Sains Tingkatan 3 (KSSM), m.s. 156.
Kalsium karbonat dipanaskan dan gas yang terhasil disalurkan ke dalam air kapur seperti dalam Rajah 1. Adakah pemanasan kalsium karbonat tindak balas eksotermik atau endotermik? Terangkan.
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Endotermik. Haba diserap daripada persekitaran semasa penguraian kalsium karbonat berlaku, maka kalsium karbonat mesti dipanaskan berterusan (Jawapan buku teks, m.s. 282). Gas karbon dioksida yang terhasil mengeruhkan air kapur.
Mereka bentuk bahan untuk menyelesaikan masalah (5.1.5)
| Pek panas segera | Pek sejuk segera |
|---|---|
| Digunakan untuk membebaskan haba ke kawasan persekitarannya. Melarutkan garam seperti kalsium klorida dalam air ialah tindak balas eksotermik. | Digunakan untuk menyerap haba daripada persekitaran. Melarutkan garam seperti ammonium nitrat dalam air ialah tindak balas endotermik. |
| Haba yang dibebaskan melegakan kekejangan otot dan menambah saiz lumen dalam kapilari darah supaya kadar peredaran darah yang melaluinya meningkat. | Haba yang diserap mengurangkan bengkak luka, menyingkirkan haba daripada keradangan tisu atau organ badan dan mengurangkan saiz lumen dalam kapilari darah supaya kadar peredaran darah menurun dan membantu menghentikan pendarahan. |
Membina pek (Fokus KBAT, m.s. 158): masukkan serbuk garam ke dalam beg plastik tebal yang besar dan letakkan beg plastik nipis yang kecil berisi air di dalamnya. Tekan atau cucuk beg kecil dengan pencungkil gigi supaya air keluar dan bercampur dengan serbuk. Tindak balas bermula dan pek menjadi panas (kalsium klorida) atau sejuk (ammonium nitrat). Aktiviti 5.1 (m.s. 153) juga meminta idea untuk bahan yang melegakan kekejangan otot, lampu kecemasan semasa bekalan elektrik terputus dan bekas yang mengekalkan suhu tinggi atau rendah.
Peraturan menjawab: sentiasa namakan jenis tindak balas dan nyatakan arah haba serta kesan pada suhu, contohnya "eksotermik, kerana haba dibebaskan ke persekitaran dan suhu meningkat".
Sebuah hospital memerlukan pek untuk membantu menghentikan pendarahan luka. Pek manakah dan garam apakah yang anda pilih? Terangkan.
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Pek sejuk segera dengan ammonium nitrat. Melarutkannya dalam air ialah tindak balas endotermik, maka haba diserap, pek menjadi sejuk, saiz lumen kapilari darah berkurang dan kadar peredaran darah menurun, yang membantu menghentikan pendarahan.